FR2632917A1

FR2632917A1 - Method and device for improving the stability and behaviour of a railway bogie in a bend, and bogie equipped with such a device

Info

Publication number: FR2632917A1
Application number: FR8808132A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-17
Filing date: 1988-06-17
Publication date: 1989-12-22

Abstract

The invention relates to the railway vehicles industry. The axle boxes 20 are connected to the chassis 2, 4 of the bogie by a horizontal primary link including a connecting rod 18 hitched to the longeron 2 of the chassis by an elastic ball joint 14. At least one of the four elastic ball joints 14 is carried by a carriage 36 sliding longitudinally over the longeron 2. The sliding movements of the carriage are controlled by a linkage 22, 24, 26, 30 having its input member 22 secured to the body of the vehicle, or by a damper interposed between the carriage and the longeron. The invention helps the bogies to lie within the outline of the curve.

Description

"PROCEDE ET DISPOSITIF POUR
AMELIORER LA STABILITE ET LE
COMPORTEMENT EN COURBE D'UN BOGIE
FERROVIAIRE ET BOGIE EQUIPE D'UN
TEL D I SPOS I T I F
Il est rappelé que la technique ferroviaire actuelle a permis de mettre au point des bogies ferroviaires conservant de bonnes caractéristiques de stabilite jusqu'à des .vitesses de 400 Km/h et même au delà.De tels bogies sont basés sur le principe d'une double suspension : - une suspension primaire et une suspension secondaire, ces deux suspensions etant separees par un mobile intermédiaire entre les essieux et la caisse du véhicule designé par châssis de bogie
Il est connu que les mouvements d'instabilité à grande vitesse (ou mouvements biconiques des essieux non amortis) peuvent être réprimes notamment par des raideurs primaires élevées de la suspension primaire considérée dans le plan horizontal."METHOD AND DEVICE FOR
IMPROVE STABILITY AND
CURVE BEHAVIOR OF A BOGIE
RAILWAY AND BOGIE EQUIPPED WITH
TEL DI SPOS ITIF
It is recalled that the current railway technique has made it possible to develop railway bogies retaining good stability characteristics up to speeds of 400 km / h and even beyond. Such bogies are based on the principle of double suspension: - a primary suspension and a secondary suspension, these two suspensions being separated by an intermediate mobile between the axles and the body of the vehicle designed by bogie chassis
It is known that movements of instability at high speed (or biconical movements of non-damped axles) can be suppressed in particular by high primary stiffnesses of the primary suspension considered in the horizontal plane.

Malheureusement, le raidissement des liaisons flexibles horizontales qui maintiennent les boîtes d'essieux par rapport au châssis de bogie a pour contrepartie d'entrainer une mauvaise inscription des bogies concernes dans les courbes, c'est-a-dire que les essieux se décentrent par rapport aux deux files de rails et les boudins de roues viennent en butée sur le rail exterieur a la courbe, specialement la roue de l'essieu avant de chaque bogie. Unfortunately, the stiffening of the horizontal flexible connections which hold the axle boxes with respect to the bogie chassis has the counterpart of causing bad writing of the bogies concerned in the curves, that is to say that the axles are decentered by compared to the two rows of rails and the flanges of wheels come into abutment on the rail outside the curve, especially the wheel of the front axle of each bogie.

Les inconvenients de ce phénomène sont que le contact des boudins de roues entraîne une usure, à la fois des boudins de roues eux-memes, mais aussi des tables de roulement des roues.The disadvantages of this phenomenon are that contact with the flanges of the wheels causes wear, both of the flanges of the wheels themselves, but also of the wheel treads.

Un deuxième inconvénient est que, en courbe, les essieux concernés par le contact boudin-rail exterieur recopient les défauts sur le conge intérieur du rail avec lequel le contact se produit et la suspension transmet des efforts indésirables vers la caisse.A second drawback is that, in a curve, the axles concerned by the outside flange-rail contact copy the faults on the inside edge of the rail with which the contact occurs and the suspension transmits undesirable forces towards the body.

L'adoption du graissage des boudins de roue, ou des rails en courbe, permet de combattre le premier inconvénient, mais non le second. L'objet de la présente invention est de proposer une solution pour positionner correctement les essieux par rapport à la voie, meme en courbe, les bogies en cause étant, comme indiqué plus haut, a carrément quasi-rigide des bottes d'essieux.The adoption of the lubrication of wheel flanges, or curved rails, makes it possible to combat the first drawback, but not the second. The object of the present invention is to provide a solution for correctly positioning the axles with respect to the track, even in curves, the bogies in question being, as indicated above, downright almost rigid axle boots.

Il est connu que pour améliorer le passage en courbe un certain nombre de spécialistes ont propose des systèmes mécaniques à embiellage utilisant le mouvement relatif en rotation de l'equipage constitue par les deux essieux d'un bogie (ou même de chaque essieu pour les matériels å essieux) par rapport à la caisse placée å son aplomb. Ces systemes à embiellage ont pour objectif de modifier la disposition relative des boites d'essieux les unes par rapport aux autres en fonction du rayon de courbe de manière à obtenir en courbe, une géometrie du bogie plus favorable à son inscription en courbe. It is known that to improve the curve passage a certain number of specialists have proposed mechanical systems with connecting rods using the relative movement in rotation of the crew constituted by the two axles of a bogie (or even of each axle for the materials å axles) in relation to the body placed at its base. The aim of these connecting rod systems is to modify the relative arrangement of the axle boxes with respect to each other as a function of the radius of the curve so as to obtain in the curve, a geometry of the bogie more favorable for its inclusion in the curve.

Mais les systèmes proposés a ce jour visent surtout à créer en courbe établie une géométrie favorable du bogie pris a I'état libre, ctest-à-dire en négligeant les forces de semiglissement apparaissant au contact des roues et des rails.However, the systems proposed to date above all aim to create a favorable geometry of the bogie taken in the free state in an established curve, that is to say by neglecting the semi-sliding forces appearing in contact with the wheels and rails.

Dans un certain nombre de solutions proposées, la position d'équilibre ne peut etre atteinte, même si la géométrie des roues obtenue en courbe par un mouvement "force" correspond à un bogie bien inscriptible dans la courbe considérée, tout simplement parce que le bogie proposé n'est pas concu morpho- logiquement pour une recherche automatique d'-un positionnement correct des essieux par rappprt a la voie. Ainsi, par exemple, il ne suffit pas de faire converger, dans le bon sens, les axes de 2 essieux d'un bogie pour leur faire former un angle égal à l'angle au centre sous lequel est vu, à partir du centre de la courbe considérée, un segment égal à l'empattement du bogie pour que ce bogie ait un bon comportement dans la courbe considérée.Faute d'avoir pris certaines précautions d'ordre constructif, dont le détail constitue une caractéristique de la présente invention et qui sera exposé dans ce qui suit, un bogie, selon l'exemple cité- ci-dessus, présente un risque de se mettre en travers dans la voie on courbe et à avancer en crabe.In a certain number of proposed solutions, the equilibrium position cannot be reached, even if the geometry of the wheels obtained in the curve by a "force" movement corresponds to a bogie which can be clearly written in the curve considered, quite simply because the bogie proposed is not morphologically designed for an automatic search for a correct positioning of the axles in relation to the track. So, for example, it is not enough to make the axes of 2 axles of a bogie converge, in the right direction, to make them form an angle equal to the angle at the center under which is seen, from the center of the curve considered, a segment equal to the wheelbase of the bogie so that this bogie has a good behavior in the curve considered. Failure to have taken certain constructive precautions, the detail of which constitutes a characteristic of the present invention and which will be exposed in what follows, a bogie, according to the example cited above, presents a risk of getting in the way in the curved path and advancing in crab.

Il est connu que les deux -essieux d'un bogie exécutent chacun sur une voie en ligne droite des mouvements transversaux et angulaires couplés (autour de l'axe vertical) en sinusoïdes amorties, dits mouvements biconiques ou encore mouvements de lacet, la position amortie étant une position de relaxation des contraintes horizontales à la fois des contraintes internes prenant leur source dans les forces de contact entre roues et rail et de celles, attractives celle-là, générées par les écarts que prennent les 4 boites d 'essieux par rapport aux 4 foyers d'attraction correspondant aux liaisons élastiques primaires horizontales.Pour un bogie bien construit, cette position de relaxation correspond å des foyers d'attraction disposés selon les sommets d'un rectange horizontal et c'est donc vers cette figure géométrique que viennent se disposer les centres des boîtes d'essieux.It is known that the two axles of a bogie each execute, on a straight line, transverse and angular movements coupled (around the vertical axis) in damped sinusoids, called biconical movements or yaw movements, the damped position being a position of relaxation of the horizontal stresses at the same time internal stresses taking their source in the forces of contact between wheels and rail and those, attractive that one, generated by the deviations that take the 4 boxes of axles compared to 4 focal points of attraction corresponding to the horizontal primary elastic bonds. For a well constructed bogie, this position of relaxation corresponds to focal points of attraction arranged according to the vertices of a horizontal rectange and it is therefore towards this geometric figure that arrange the centers of the axle boxes.

Si l'on considère que la section de voie rectiligne ne comporte que des perturbations géométriques localisées, le mouvement biconique amorti est réamorcé à chaque perturbation, l'amortissement se faisant d'ailleurs de moins en moins bien au fur et à mesure que la vitesse du véhicule s'approche de la vitesse d'instabilité du fait de l'effet nocif que jouent dans le mouvement les forces d'inerties attachées aux mobiles en jeu.If we consider that the rectilinear track section only includes localized geometric disturbances, the damped biconical movement is re-initiated at each disturbance, the damping being less and less good as the speed of the vehicle approaches the speed of instability due to the harmful effect that the inertial forces attached to the mobiles in play play in the movement.

La présente invention est fondée sur le principe, étayé par des calculs mais non reproduits ici, que pour des raideurs primaires horizontales données, notées traditionnellement par des coefficients K (longitudinalement) et K (transversale v ment), le mouvement est sensiblement du meme type que celui décrit ci-dessus autour de la position d'équilibre, c'est-à- dire que les essieux recherchent automatiquement leur position d'équilibre, encore faut-il que celle-ci soit compatible avec le jeu présenté par chaque essieu à l'intérieur des rails. Une caractéristique de l'invention consiste à déformer en courbe la disposition rectangulaire précitée des foyers d'attraction primaire par déplacement ou chariotage de l'un au moins de foyers par rapport au rectangle.Pour la courbe de plus petit rayon à négocier et donc de déformation maximale du rectangle.The present invention is based on the principle, supported by calculations but not reproduced here, that for given horizontal primary stiffnesses, traditionally noted by coefficients K (longitudinally) and K (transversely), the movement is substantially of the same type that that described above around the equilibrium position, that is to say that the axles automatically seek their equilibrium position, it is still necessary that this is compatible with the play presented by each axle to inside the rails. A characteristic of the invention consists in deforming the abovementioned rectangular arrangement of the primary attraction foci in a curve by displacement or cartilage of at least one of foci relative to the rectangle. For the curve of smallest radius to be negotiated and therefore of maximum deformation of the rectangle.

on vérifiera que la figure d'équilibre des essieux (sinon de relaxation) soit telle qu'aucun des boudins ne vienne en contact avec le rail
Ce calcul non développé ici met en jeu les raideurs primaires déjà citées ainsi que - bien que dans une moindre mesure - les raideurs horizontales de la suspension secondaire, les coefficients de Kalker du contact roue-rail - essentiellement les 2 coefficients de semi-glissement longitudinal et transversal - et le profil des bandages.it will be checked that the equilibrium figure of the axles (if not relaxation) is such that none of the flanges comes into contact with the rail
This calculation, not developed here, involves the primary stiffness already mentioned as well as - although to a lesser extent - the horizontal stiffness of the secondary suspension, the Kalker coefficients of the wheel-rail contact - essentially the 2 longitudinal semi-slip coefficients and transverse - and the profile of the bandages.

Selon la caractéristique de l'invention, il est possible non seulement de charioter comme il vient d'être indiqué un, deux, trois ou les 4 foyers d'attraction primaire d'un bogie, mais encore de faire ce chariotage selon une courbe quasi quelconque, l'amplitudeelle-meme du mouvement en fonction de la courbe pouvant répondre a une fonction, elle aussi, quelconque à déterminer par le calcul. Les seules limitations à- respecter sont de faire les mouvements- de chariotage de manière à respecter la coplanarité des 4 foyers et les limites de contraintes imposées par les composants en jeu- (rotules, roulements d'essieux, limite de fatigue des fusées d'essieux, etc...).According to the characteristic of the invention, it is possible not only to cart as just indicated one, two, three or the 4 foci of primary attraction of a bogie, but also to do this carting according to a quasi curve arbitrary, the amplitude itself of the movement as a function of the curve being able to respond to a function, also, arbitrary to be determined by calculation. The only limitations to be respected are to make the movements of the slewing so as to respect the coplanarity of the 4 hearths and the limits of constraints imposed by the components in play (ball joints, axle bearings, fatigue limit of the rockets). axles, etc ...).

Dans une variante de l'invention illustrée. dans une annexe au présent texte, il n'est même pas nécessaire de modifier par une commande mécanique la position des foyers d'attraction primaire. La modification est obtenue par les essieux eux-memes, ceux-ci constituant les organes à .la fois moteurs et de contrôle des chariots porteurs des foyers. La seule précaution à prendre est de freiner le mouvement de chariotage par un amortisseur suffisamment puissant pour-que le mouvement biconique des essieux puisse se faire, puisque c'est lui-même qui provoque ia recherche pour chaque essieu de la position d'équilibre. In a variant of the illustrated invention. in an annex to this text, it is not even necessary to modify the position of the primary attraction foci by mechanical control. The modification is obtained by the axles themselves, these constituting the bodies with both engines and control of the carriages carrying the fireplaces. The only precaution to be taken is to brake the rolling movement by a damper powerful enough for the biconical movement of the axles to take place, since it is itself which causes the search for each axle of the equilibrium position.

La figure 1 représente dans une vue en plan prise par endessous du châssis de bogie, le principe de l'orientation exposé ci-dessus, appliqué à une seule botte d'essieu d'un bogie. le mouvement du chariot étant un mouvement de translation rectiligne et longitudinal,- l'amplitude étant de plus sensiblement proportionnelle à la courbure de la voie.FIG. 1 represents in a plan view taken from below the bogie chassis, the principle of the orientation exposed above, applied to a single axle boot of a bogie. the movement of the carriage being a rectilinear and longitudinal translation movement, - the amplitude being moreover substantially proportional to the curvature of the track.

La figure 2 représente suivant la mime vue le bogie sur lequel a été supprimé l'embiellage, celui-ci étant remplacé selon une caractéristique de l'invention par un amortisseur puissant à faible course.FIG. 2 represents, according to the same view, the bogie on which the crankshaft has been removed, this being replaced according to a characteristic of the invention by a powerful shock absorber with short stroke.

La figure 3 montre à titre d'illustration le détail en coupe et en élévation du tiroir de rotule et de l'amortisseur étanche à faible course qui lui est attaché.FIG. 3 shows by way of illustration the detail in section and in elevation of the ball joint drawer and of the tight damper with short stroke which is attached to it.

Reprenant la figure 1 on y reconnait un châssis de bogie constitué par deux longerons 2 relies par des traverses 4.Using Figure 1, we recognize a bogie frame made up of two longitudinal members 2 connected by crosspieces 4.

L appui de la suspension secondaire, non représentée, se fait sur des élargissements circulaires 6 des longerons de chassis.The support of the secondary suspension, not shown, is made on circular enlargements 6 of the chassis beams.

L entraînement de caisse est réalisé de manière classique par un balancier 8 tourillonnant sur un pivot de caisse et relié à ses extremités aux traverses 4 grâce à des barres 10. The body drive is carried out in a conventional manner by a balance 8 swiveling on a body pivot and connected at its ends to the crosspieces 4 by means of bars 10.

Les liaisons primaires entre des essieux 12 et le chassis de bogie sont assurées également de manière classique par 4 rotules élastiques 14 dont les axes transversaux 16 sont maintenus rigidement par rapport aux longerons 2. Ces rotules maintiennent élastiquement les paliers d'essieux au moyen de 4 billes de boîtes d'essieux 18 solidaires des boites d'essieux 20 en sorte que, en l'absence d'efforts horizontaux exercéssur les boÎtes d'essieux, les centres de celles-ci se disposent selon les sommets d'un rectange, pour autant que l'axe du bogie soit aligné avec celui de la caisse.The primary connections between the axles 12 and the bogie chassis are also provided in a conventional manner by 4 elastic ball joints 14 whose transverse axes 16 are rigidly held relative to the side members 2. These ball joints elastically hold the axle bearings by means of 4 axle box balls 18 integral with the axle boxes 20 so that, in the absence of horizontal forces exerted on the axle boxes, the centers thereof are arranged according to the vertices of a rectangle, to as long as the bogie's axis is aligned with that of the body.

L'une en effet-des 4 rotules, celle placée en haut à gauche de la figure, disposée à l'intérieur d'un chariot ou tiroir 36, peut coulisser longitudinalement dans des glissières solidaires de la branche supérieure du longeron 2, placé à gauche sur la figure. Le mouvement de très faible amplitude, (de l'ordre du centimètre) a partir d'une position moyenne, est obtenu~par le mouvement de rotation relative entre caisse et bogie grace à un levier 22 solidaire de la caisse et sensiblement à la meme cote de hauteur que le balancier d'entraînement ou les axes des essieux.Il est fixé rigidement, par exemple, sur le-pivot de caisse et actionne un connecteur longitudinal 24, puis un levier transversal 26 qui tourillonne autour d'un axe 28 fixe par rapport au longeron 2- et enfin un connecteur longitudinal 30 qui entrante le tiroir dans lequel est montée la rotule 14.One in effect - of the 4 ball joints, the one placed at the top left of the figure, arranged inside a carriage or drawer 36, can slide longitudinally in slides secured to the upper branch of the spar 2, placed at left in the figure. The movement of very small amplitude, (of the order of a centimeter) from a medium position, is obtained ~ by the movement of relative rotation between body and bogie thanks to a lever 22 secured to the body and substantially at the same height dimension as the drive beam or the axles of the axles. It is rigidly fixed, for example, on the body pivot and actuates a longitudinal connector 24, then a transverse lever 26 which pivots around a fixed axis 28 relative to the spar 2- and finally a longitudinal connector 30 which enters the drawer in which the ball joint 14 is mounted.

Les articulations 32 des différents connecteurs et balanciers cités ne comportent que le minimum de jeu et peuvent éventuellement recevoir des garnitures flexibles, mais dans ce dernier cas la flexibilité de ces yarnitures ne doit pas modifier sensiblement la flexibilité recherchée sur la boite d'essieu en cause qui est celle donnée par la rotule 14. The articulations 32 of the various connectors and pendulums mentioned only have the minimum of play and may possibly receive flexible linings, but in the latter case the flexibility of these yarnitures must not significantly modify the flexibility sought on the axle box in question. which is that given by the ball 14.

La figure 2 représente les mîmes organes que ceux représentés sur la figure 1 après suppression de la tringlerie de commande du tiroir de rotule 14, cette tringlerie étant remplacée par un amortisseur étanche 34 a faible course. Le détail de l'équipage formé par la rotule 14 dans son tiroir et de l'amortisseur 34 est représenté sur la figure 3 sur laquelle on reconnait la queue de bielle 8 et sa rotule 14. Celle-ci est maintenue grace à l'axe 16 à l'intérieur d'un tiroir 36 à section rectangulaire. Ce tiroir 36 coulisse sur des glissières 6 bis solidaires du longeron 2. Les efforts longitudinaux sont transmis å l'amortisseur hydraulique 34 et sont repris par le longeron 2 au travers d'une tige de piston 38. Des soufflets repérés 40 sur la-figure 3 sont des soufflets d'étanchéité.FIG. 2 represents the same members as those shown in FIG. 1 after the control linkage of the ball joint drawer 14 has been removed, this linkage being replaced by a tight damper 34 with short stroke. The detail of the crew formed by the ball joint 14 in its drawer and of the damper 34 is shown in FIG. 3 in which the rod end 8 and its ball joint 14 are recognized. The latter is held in place by the axis 16 inside a drawer 36 of rectangular section. This drawer 36 slides on slides 6 bis integral with the spar 2. The longitudinal forces are transmitted to the hydraulic damper 34 and are taken up by the spar 2 through a piston rod 38. Bellows marked 40 in the figure 3 are sealing bellows.

Le rôle de l'amortisseur 34 est de transmettre au longeron 2 les efforts mis en jeu par la suspension primaire horizontale et de permettre ainsi le mouvement biconique des essieux.The role of the shock absorber 34 is to transmit to the spar 2 the forces involved by the horizontal primary suspension and thus allow the biconical movement of the axles.

Cette transmission d'effort est possible parce que l'amortisseur est conçu pour être très efficace et par ailleurs les mouvements, bien que de faible amplitude, sont des mouvements pulsatoires rapides. La viscosité de l'huile et son laminage au travers du piston sont à déterminèr pour permettre la transmission des efforts ci-dessus sans que les essieux ne soient le siège de mouvements biconiques trop importants lors des changements de courbure de la voie.This force transmission is possible because the shock absorber is designed to be very effective and, moreover, the movements, although of small amplitude, are rapid pulsating movements. The viscosity of the oil and its rolling through the piston are to be determined to allow the transmission of the above forces without the axles being the seat of excessive biconical movements during changes in the curvature of the track.

Su;- la figure 3, le laminage de l'huile entre les 2 chambres de l'amortisseur n'a pas été représenté. Si la viscosité de l'huile est suffisamment réduite, les fuites sur le pourtour du piston 38 peuvent suffire à créer l'effet recherche. Su; - Figure 3, the rolling of the oil between the 2 shock absorber chambers has not been shown. If the viscosity of the oil is sufficiently reduced, the leaks around the periphery of the piston 38 may be sufficient to create the desired effect.

Claims

1. Method for orienting the (two) axles of a curved rail bogie, bogie in which the (two) axles are clamped horizontally by a primary suspension acting by attractive forces on the axle boxes, characterized in that '' it consists in moving or carting at least one of the four primary focal points of the bogie according to the curve to be negotiated, so that the equilibrium position of the bogie, under the effect of the elastic connections between axles and semi-sliding forces in contact between wheels and rails in the curve considered, such that each of the axles is positioned as centrally as possible with respect to the rails.

2. Method according to claiml characterized in that the carriage (s) can be operated -mechanically using a linkage taken between the body and the bogie frame, such that the amplitudes of the carriage (s) are substantially proportional to the angle of rotation around the vertical axis between these two mobiles.

3. Method according to claim 1 characterized in that the carriage (s) are caused by the axles themselves without there being any need to have an angle reference between the body and the bogie frame, the retaining force on the or the foci of horizontal primary suspension to the biconical movement of the axles being obtained by a shock absorber by traceable hearth whose resistance to movement is to be determined to ensure the best compromise between maintaining the biconic movement of the axles and its damping and more -to ensure a certain suitability of the devices designed according to this principle to change the curvature of the track.

4. Bogie for a railway vehicle which comprises a chassis (2,4) and two axles (12), each axle box of which; 20) is connected to the chassis by a horizontal primary connection comprising a connecting rod (la) having an end integral with the axle boot and having the other end linked to the side member (2) of the chassis by means of an elastic ball joint (14), said bogie being characterized: in that at least one of said elastic ball joints (14 ) has its transverse axis (16) carried by a carriage or drawer (36) slidably mounted longitudinally on the corresponding beam (2); and in that means are provided for controlling the sliding movements of the carriage (36) relative to the lanyard.

5. Bogie according to claim 4, characterized in that only one of the elastic ball joints (14) has its transverse axis (16) carried by a sliding carriage (36), the other three elastic ball joints having their transverse axis (16) rigidly linked with respect to the corresponding spar (2).

6. Bogie according to one of claims 4 or 5, characterized in that the means for controlling the sliding movements of the carriage (36) relative to the beam (2) are constituted by a linkage (22,24, 26,28 , 30,32) taken between the vehicle body and said carriage, the pivoting of the body relative to the bogie controlling the movements of the carriage.

7. Bogie according to one of claims 4 or 5, characterized in that the means for controlling the sliding movements of the carriage (36) consist of a hyoraulic damper with short stroke interposed between the carriage (36) and the spar corresponding (2).